JPS5826221A - 内燃機関の空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の空気流量測定装置に係り、特に、露
出した熱線を内燃機関の空気通路に配置して吸入空気流
量を測定する空気流量測定装置に関する。

従来この種の内燃機関用の熱線式空気流量測定装置にお
いては、熱線をメイン空気通路に設置するか又はメイン
空気通路のメイン空気流と平行方向に開口したバイパス
空気通路内に設置していた。

しかし、このような構造では、空気流量測定装置上流よ
り流入する土埃、あるいはエンジンよりの吹き込し及び
バツクファイア等により、熱線に汚染粒子が付着して、
熱線からの出力信号が低下するという欠点があった。

本発明の目的は、上記の欠点を解消し、出力値の経時変
化のない信頼性の高い内燃機関の空気流量測定装置を提
供することにある。

本発明は、熱線の上流部に、流れの方向転換を利用した
スフリット型慣性分離装置を設け、その後流の熱線部の
流速を前記慣性分離装置の周囲の流速よりも遅くして、
更に熱線に汚染粒子が当らないようにして熱線の汚れを
防止したものである。

以下本発明の内燃機関の空気流量測定装置の実施例を第
１図により説明する。

符号１はメイン空気通路を示しており、ここを主空気が
通過して内燃機関のシリンダに吸入される。このメイン
空気通路工のベンチュリ部にバイパス空気通路２が設け
られており、このバイパス空気通路２内には熱線３が設
置しである。更に、バイパス空気通路２の上流部には、
空気の流れ方向を変える曲折した入口スリット部４が設
けられている。主空気の一部はこの入口スリット部４を
経てバイパス空気通路２を通り再びメイン空気通路１の
主空気流と合流する。この時空気が入口スリット部４を
通過する時含有している汚染粒子が慣性分離され、きれ
いな空気だけがバイパス空気通路２内に入る。

第２図及び第３図は上記人口スリット部４で行なわれる
慣性分離の原理を示した説明図である。

第２図は、熱線（円柱）回りの空気の流れと、汚染粒子
の動きを示しており、空気の流線は実線により示し、汚
染粒子の軌跡は点線により示しである。図中Ｃｍ間を流
れていた粒子はその慣性により円柱付近では空気の流線
よりずれて点線に示すような軌跡を辿り円柱に衝突して
しまう。この時の衝突率はＣＢ／ｄで表わされる。第３
図は、断面が矩形のスリットノズル５より出た流れが垂
直平板６に衝突した状態を示したものである。この場合
も、粒子の慣性により空気の流線に乗りきれない粒子は
垂直平板６に衝突する。この時の衝突率はＣ・ｌ！／ｂ
で表わされる。

即ち、円柱への衝突率ＸＢは、ＸＢ＝ＣＢ／ｄ・・・（
１）スリット部通過率Ｘｓは、Ｘ　ｓ　＝　１−　Ｃｓ
／　ｂ−（２）と示される。但し、図中すは入口スリッ
ト部５の幅、Ｃｎ、Ｃｓは空気流の厚み、ＶＢ、Ｖ８は
空気流の速度を示しており、ｄは円柱の直径である。

上記ＸＢ’、Ｘ８を数値計算により求めた結果が第４図
及び第５図である。計算にあたっては、第２図及び第３
図の流れをポテンシャル流れにより解き、これに粒子の
運動方程式をあてはめて数値解析を行なった。この時、
汚染粒子の粒子径ｄＰはエアクリーナを通過する大きさ
の１０μｍ以下を選び、特に代表的な大きさとしてｄ、
２５μｍとして計算した。また汚染粒子の密度は土、砂
、ケイ素、炭素、イオウ等が２０００ｋｇ／ｍ’程度な
のでこれを用いた。

第４図は、矩形のスリットノズル部（幅ｂｍ）５より流
出した空気流中の汚染粒子が垂直平板６に当たらず通過
する割合Ｘｓを、スリット部の空気流速Ｖ８により表わ
したものである。これによると、ｖｇが大きい程粒子は
通過しにくいことが分る。またスリット幅すが小さくな
るに従って粒子は通過しにぐくなる。また、スリット幅
すが２■以上ではＸｓが高く、１籠以下ではＸｓが極端
に低下することが分り、最も効率の良いスリット幅はｂ
＝１閣であることが分る。このことから、第１図で示し
た入口スリット部４のスリット幅は１■としである。

第５図は、空気流れの中においた円柱（熱線）への粒子
の衝突する割合ＸＢを、円柱回りの空気流速ＶＢにより
表わしたものである。これに上ると、ＶＢが大きい程Ｘ
Ｂは高くなることが分る。

また、パラメータに円柱の直径ｄをとると、ｄが大きい
程ＸＩが高くなることが分る。更に、ｄが０．２■以上
では衝突率ＸＢが急激に低下し、０．１閣以下ではＸｓ
が急に高くなることが分る。このことから第１図に用い
られる熱線３の線径は０．２・閣以上が最適であること
が分る。

上記第３図及び第４図の考察により、スリット幅ｂ＝１
ｇ、、熱線径ｄ　＝　０．２６以上が最も汚染粒子が衝
突しない条件となることが判明する。更に、スリット部
での流速ｖｇを大きくし、熱線まわりの流速Ｖ、を小さ
くすることにより、汚染粒子の衝突率を極度に低下させ
ることができる。このことは、空気通路の面積比を適当
に選択することによシ達成することができる。第６図は
上記の諸値　・を採用した場合のバイパス通路に設置し
た熱線への衝突率を示したものである。ここで、ｂ−１
閣、ｄ二０．５閣と決定し、粒子径はエアクリーナを通
過してくる粒子で最も頻度の多いｄＰ＝５〜１０μｍと
した。但し、空気流速とは不リット部の流速Ｖｓである
。例えば、第１図のような構成の場合ｖｓはメイン空気
通路１の流速と同じになる。

なお、図中の曲線Ｉは、スリット部の全通路面積と熱線
回りの通路面積を同じにしてｖｌＩ−ＶＢとした場合、
曲線■はスリット部の全通路面積と熱線回りの通路面積
の比を１：２としてＶＩ］＝２ＶＢとした場合を示して
いる。また、バイパス通路に設置した熱線への粒子の衝
突率Ｙは次式により求めた。

Ｙ　”　Ｘ　ｇ　・ＸＢ　　・・・・・・（３）第６図
の結果によると、曲線■ではＹは１５チ程度であり、流
速比を与えた曲線■ではＹは７％程度であり、熱線への
粒子の衝突率が極度に低いことが分る。またいずれの場
合も空気流速が３ｒ′Ｉ）／Ｓ以下と、常用範囲１〜１
０ｍ／Ｓよりずれていることも有利な点である。

第７図は、熱線の設定温度と汚れの付着の関係を明らか
にするために、金属棒７の表面温度変化による汚染粒子
付着状況を実験した結果を示したものであり、金属棒７
の表面温度は１ｃｒｎ間隔に配置されている熱電対８に
より測定した。但し、汚染粒子は５ｉＱ２主成分の試験
用ダストを使用し、金属棒７の表面温度分布は３種類に
変化させた。

また、図中点線の部分は汚染粒子が付着しなかった部分
を示している。これによると、空気中の湿分（水分）が
全く存在しない水の沸点１ｏｏ０ｃ以上の金属表面では
、汚染粒子は付着しないことが明らかとなった。故に、
熱線の表面温度は１ｏｏ０ｃ以上にすることが汚れ防止
の上で最適であることが分った。

第１図に示した本実施例の空気流量測定装置は以上の計
算及び実験結果を基にして構成したものである。そこで
、入口スリット部４のスリットの幅は１ｍで全周φ５０
ｗｎなので全通路面積は５゜ＷｒＩｎ２となっている。

また、バイパス空気通路２の通路径は１１關で通路面積
は９５簡２となっている。このため、スリット部の通路
面積と熱線３回りの通路面積比は１：１．９である。更
に熱線３の径はφ０．５　ｍｍとし熱線３の設定温度は
１５０’Ｃとした。

第８図及び第９図は第１図に示した本実施例の空気流量
測定装置内の熱線３の汚れによる出力の経時変化の加速
試験結果を示したものである。空気流量計前後の負圧を
試験中一定とし、外気温も一定としてバイパス空気通路
２とメイン空気通路１に熱線を取付け、試験用ダストを
３０　ｇ　／　ｈの割合で両通路に流し、Ａはバイパス
通路内に設けた熱線の出力、Ｂはメイン通路内に設置し
た熱線の出力、Ｃは負圧、Ｄは外気温をそれぞれ示して
いる。ゼから明らかなようにメイン空気通路１につけた
熱線の出力はブリッジ出力で０．７〜１．３係、流速換
算で２．８〜５．８チ変化しているのに、バイパス通路
２内に設置した熱線の出力変化は見られないことが分る
。

第１０図は、第１図の主要部である入口スリット部４と
バイパス空気通路２の部分をモデル化して示したもので
ある。スリットノズル９の通路断面積をＡｇｔバイパス
通路１０の断面積をＡＢとした時、Ａｌｌ　＜ＡＢとす
ることにより、スリット部の流速Ｖｓ＞熱線１１回りの
流速ＶＢを実現する。汚染粒子はスリットノズル９部で
補集すれ、そこを通過した汚染粒子は流速の遅いバイパ
ス通路１０へ流れて行く。しかし、流速が遅いために汚
染粒子１２は空気の流れに乗り熱線１１へは衝突せずに
後流へ流れて行く。

第１１図は断面が円形の管内を流れる時の流線と汚染粒
子の軌跡を示したものである。図中１点鎖線は汚染粒子
の流れを示しており、第１２図はベンド灸の管の中心の
汚染粒子の濃度を計算した結果を示している。第１１図
のＡ側の濃度は中心よりも低いことになるので、更に汚
染粒子の濃度は低くなる。また、第５図の０．２咽径の
熱線を第１１図に示したベンド後の管のＡ側においた場
合は、第１３図に示すような衝突率となる。第１３図の
結果は、２０チの衝突率となっているが、これはベンド
部への流入が動圧型の計算結果であり、メイン通路に対
して静圧型である入口を設けた場合には更に低下するも
のと考えられている。但し第１２図及び第１３図の横軸
は第１１図で示したペンド管内の流速Ｖａを示している
。

即ち、以上の結果から入口スリット部として断面が円形
のペンド管を用いても効果があることが分る。

本実施例によれば、バイパス空気通路２の上流部のベン
チュリ部にペンド形の入口スリット部４を設けることに
より、バイパス空気通路２へ流入する空気は入口スリッ
ト部４のペンド部によって慣性分離され、更に、入口ス
リット部４０通路面積とバイパス空気通路２０通路面積
比を１：１．９としてバイパス空気通路２内の空気流速
をムロスリット部４内の空気流速よりも遅くして熱線３
への汚染粒子の付着を付きにくくシ、また熱線３の設定
温度を１５０°Ｃ以上として表面に汚染粒子を付着させ
ないようにしたため、熱線３への汚染粒子の付着が防止
され熱線３の出力信号の経時変化を防止する効果があり
、装置の信頼性を高める効果がある。

第１４図は本発明の内燃機関の空気流量測定装置の他の
実施例を示したものである。本実施例は第１図で示した
実施例とほとんど同様の構造を有しているが、異なる所
は入口スリット部４の入口部に更にスリット１３を横置
きに配置しである所にある。このスリット１゛３の全通
路面積は大きいが、スリットを構成している各格子の幅
りが狭いため、汚染粒子はこの部分の急激な流れの方向
変換について行けず、入口スリット部４で効率良く補集
され、前実施例と同様の効果がある。

第１５図は本発明の更に他の実施例を示したものである
。本実施例ではバイパス空気通路２の上流側に静圧スリ
ットノズル１４が設けである。即ち、スリットノズルの
入口が静圧であるため、粒子の分離効率が高まり、また
、スリットノズルであることの補集効率の良さが加えら
れて、汚染粒子を熱線３が設けられているバイパス空気
通路２内にほとんど通さない効果がある。

以上記述した如く本発明の内燃機関の空気流量測定装置
によれば、出力値の経時変化のない信頼性の高い内燃機
関の空気流量測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の空気流量測定装置の一
実施例を示した断面図、第２図は汚染粒子の熱線への衝
突状態を示した説明図、第３図は汚染粒子をスリットノ
ズルで補集する原理を説明した説明図、第４図はスリッ
トノズル部の粒子の通過率と空気流速との関係を示しだ
線図、第５図は汚染粒子の熱線への衝突率と空気流速と
の関係を示した線図、第６図はスリッドノズル通過後の
熱線への汚染粒子の衝突率と空気流速との関係を示した
線図、第７図は金属表面温度と汚染粒子の付着との関係
を示した線図、第８図及び第９図は第１図で示した空気
流速測定装置の出力経時変化の加速試験結果を示した線
図、第１０図は第１図で示した空気流量測定装置の入口
スリット部とバイパス空気通路部とを模式化した説明図
、第１１図は断面が円形のペンド管部を流れる空気流と
汚染粒子の流れとを示した説明図、第１２図は第１１図
で示したペンド管中心部の粒子濃度と空気流速との関係
を示した線図、第１３図は第１１図で示したペンド管の
ペンド後の熱線への汚染粒子の衝突率と空気流速との関
係を示した線図、第１４図は本発明に係る内燃機関の空
気流量測定装置の他の実施例を示した断面図、第１５図
は本実施例の更に他の実施例を示した断面図である。 １・・・メイン空気通路、２・・・バイパス空気通路、
３・・・熱線、４・・・入口スリット部、１３・・・ス
リット、第１０ １２図　　　　　　　　　第３０ 竿苓口 第５０ 空　気　浅珪Ｖｌ　（渕／ｓｌ ′＠６０ りｆｌ　９〔シ］ 第３図 ｉ図 第１０口 第１１０ 第１２０ カ１３０ Ｖｌｔ（胃１５）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の給気通路を通る吸入空気量を給気通路内
   に設置した熱線の出力値より測定する内燃機関の空気流
   量測定装置において、熱線を設置した空気通路の上流側
   に、給気通路のベンチュリ部を利用してペンド形空気通
   路を設け、この空気通路を経て熱線部に空気を流入させ
   ることを特徴とする内燃機関の空気流量測定装置。 ２、ベンド形空気通路の断面積と熱線が設置された空気
   通路の断面積との比を変化させて、ベンド形空気通路内
   の空気流速よりも、熱線が設置されている空気通路内の
   空気流速を遅くしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の内燃機関の空気流量測定装置。 ３、熱線の表面温度を１００°Ｃ以上に設定したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の内燃
   機関の空気流量測定装置。